Как в воду глядели: ученые удержали свет в капле воды

Свет, падающий на каплю воды, вызывает эффекты, аналогичные тем, что происходят в атоме. Открытие поможет понять, как работают атомы, пишут исследователи из Университета Гетеборга в новой статье.

Если пошептаться у стены в куполе собора Святого Павла в Лондоне, то можно обнаружить, что звук отражается от стен купола по всему периметру и слышен на противоположной стороне. Именно поэтому купол собора прозвали шепчущей галереей.

Тот же эффект достигается, когда луч света попадает на каплю воды. Лучи света отскакивают от внутренней стенки капли воды, снова и снова проходя по кругу внутри капли. Когда ее окружность становится кратной длине волны света, возникает резонанс, подобно звуку внутри купола собора, заставляя каплю светиться ярче.

Капелька вспыхивает

В наших экспериментах с лазерным излучением мы увидели, что свет задерживается внутри капли воды. Когда капля уменьшается из-за испарения, она, по-видимому, вспыхивает каждый раз, когда ее размер подходит для создания резонанса, — говорит Хавьер Мармолехо, докторант физического факультета Гетеборгского университета, главный автор нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters.

Благодаря технике оптического пинцета, удостоенной, кстати, Нобелевской премии, исследователи могут удерживать каплю воды с помощью лазерных лучей, направленных на нее с двух сторон. Лазерный луч преломляется в капле воды и рассеивается, задерживая свет внутри.

Вы не можете изменить купол собора Святого Павла, но капля воды меняет размер по мере испарения. Исследователи обнаружили, что капля вспыхивает подобно тому, как происходит испускание электрона из атома при освещении светом разной длины волны. Они также смогли использовать аналогию с квантовой механикой, чтобы объяснить, что резонансы — размеры капли, когда рассеяние было наибольшим — соответствуют энергетическим уровням атома. Это делает каплю моделью атома с дополнительным бонусом — ее размер можно изменять. Благодаря этому можно лучше понять, как рассеивается свет, и одновременно построить модель для понимания того, как работают атомы.

Полезно для исследования лекарств

Поскольку капелька воды примерно в 100 000 раз больше атома, мы получаем модель атома, видимого невооруженным глазом, то есть оптический атом, — заявил Хавьер Мармолехо.

Лазерная спектроскопия генерирует данные об энергетических уровнях, связях и структурах в атомах и молекулах. Аналогичным образом спектр рассеянного света от капель воды позволяет получить данные о самих каплях. Это можно использовать для измерения скорости испарения микроскопических капель с высокой точностью, говорят исследователи.

Открытие можно применить не только к воде, но и к другим жидкостям, что будет полезно, например, при изучении аэрозольных капель в ингаляторах, используемых для приема лекарств. Исследователи также отмечают, что данная технология предлагает новый способ анализа качества воды.

Небольшое количество загрязняющих веществ в воде изменяет способ мерцания капель, что открывает возможность быстрого и простого измерения химических или биологических загрязняющих веществ в каплях воды, — заключил Хавьер Мармолехо.

31.01.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса